淺析電氣自動(dòng)化技術(shù)在電廠的應(yīng)用

摘要：電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)包含監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多個(gè)方面。其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中涉及到計(jì)算機(jī)主機(jī)、備用計(jì)算機(jī)和虛擬計(jì)算機(jī)等；通信處理技術(shù)主要是以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、可編程控制技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)，這些技術(shù)在應(yīng)用中是以設(shè)備的就地安裝為基礎(chǔ)的，這樣可以有效的提高信息的傳遞，減少成本浪費(fèi)。本文介紹了電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的概念和構(gòu)成，并就電氣自動(dòng)化技術(shù)在電廠中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)單探討，闡述了自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電力電氣；自動(dòng)化技術(shù)；應(yīng)用

前言

近幾年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出穩(wěn)定、持續(xù)、高速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，促使電廠生產(chǎn)模式的優(yōu)化，各種電廠每年為我國(guó)創(chuàng)造出來(lái)的電能不斷增多，也為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，高參數(shù)、大容量發(fā)電機(jī)組成為我國(guó)電力行業(yè)的主要設(shè)備，它在一定程度上提高了電廠工作效率、降低了造價(jià)成本，提高了電力企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但是也給電氣控制和管理提出了新要求。電氣自動(dòng)化便是基于這種時(shí)代背景下產(chǎn)生的新技術(shù)，它的應(yīng)用為我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

1、電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)概述

電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是指采用監(jiān)控系統(tǒng)、通信接口、測(cè)控、保護(hù)等電氣設(shè)備來(lái)信息管理、保護(hù)、控制、檢測(cè)電廠全部電氣設(shè)備。電氣系統(tǒng)在過(guò)去往往都是自動(dòng)化水平相對(duì)落后，采用”一對(duì)一”的儀表監(jiān)視和硬件連接。而隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，絕大多數(shù)發(fā)電廠的熱工系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行都是采用集散控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)是一種相對(duì)較為獨(dú)立的電氣控制系統(tǒng)，包括廠用子系統(tǒng)、機(jī)組子系統(tǒng)和升壓站子系統(tǒng)等電氣子系統(tǒng)計(jì)。電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)主要由站控層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、間隔層三層系統(tǒng)組成。

1.1網(wǎng)絡(luò)通訊層

主要包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)中繼器、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、通訊管理裝置。

1.2間隔層

主要是通過(guò)間隔分布式的方法來(lái)將間隔層設(shè)備布置在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，直接將廠用電保護(hù)測(cè)控裝置下放至開(kāi)關(guān)場(chǎng)中，減少大量的二次接線，各設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，將原本引入到主控室的保護(hù)電纜、控制電纜、測(cè)量電纜、信號(hào)電纜統(tǒng)統(tǒng)取消，與網(wǎng)絡(luò)通訊層的設(shè)備通訊只是依靠現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)進(jìn)行，這樣一來(lái)，既大幅度降低了維護(hù)工作量和安裝調(diào)試工作量，又節(jié)省了投資，一舉兩得。間隔層的主要設(shè)備有：

1.2.1安全自動(dòng)裝置。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、故障錄波、安全穩(wěn)定裝置、升壓站子系統(tǒng)、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、廠用電快速切換裝置、備用電源自投裝置。

1.2.2 廠用電子系統(tǒng)。400V 廠用電保護(hù)與測(cè)控裝置、10/6kV 廠用電保護(hù)與測(cè)控裝置。

1.2.3機(jī)組子系統(tǒng)。綜合測(cè)控裝置、母線保護(hù)裝置、線路保護(hù)裝置、升壓變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)（發(fā)變組）保護(hù)。

1.3站控層

站控層的主要設(shè)備有：衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置（GPS）、不間斷電源（UPS）、通信服務(wù)器、工程師站、操作員站、服務(wù)器。采用開(kāi)放式設(shè)計(jì)、分布式設(shè)計(jì)來(lái)完成站控層內(nèi)監(jiān)控功能，配置模式選為多種，這樣既能夠使得電廠內(nèi)所有電氣設(shè)備的管理、監(jiān)控變得更加地合理、靈活，又能夠確保整個(gè)系統(tǒng)可靠。

2、電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控模式

電氣自動(dòng)化技術(shù)在電廠工作中，其是以保護(hù)間隔層終端測(cè)控元件為基礎(chǔ)的，是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)傳輸設(shè)備、信號(hào)處理設(shè)備為基礎(chǔ)進(jìn)行綜合管理的，從而將其列為一個(gè)綜合的單元模式。在現(xiàn)場(chǎng)布置中，是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)配置保護(hù)元件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該區(qū)域穩(wěn)定性和可靠性要求，是保證電廠用電安全的關(guān)鍵。

2.1.1集中監(jiān)控方式

集中式監(jiān)控主要是用處理器把監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行集中。這種集中式監(jiān)控方式優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求不高，系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)’容易。但由于集中式的主要特點(diǎn)是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器進(jìn)行處理，處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度受到影響。由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對(duì)象的大量增加隨之而來(lái)的足主機(jī)冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長(zhǎng)距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不到位，造成設(shè)備無(wú)法操作。這種接線的二次接線復(fù)雜，查線不方便，大大增加了維護(hù)量，還存在由于查線或傳動(dòng)過(guò)程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

2.1.2遠(yuǎn)程監(jiān)控方式

遠(yuǎn)程監(jiān)控模式主要是利用晶體管等原件組建模擬電路。遠(yuǎn)程監(jiān)控的的硬件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)和情況判斷。其優(yōu)勢(shì)是便于工作人員操作，不用在各變電站或電氣設(shè)備關(guān)鍵處安排人手，就能完成對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)控。但是遠(yuǎn)程監(jiān)控的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控。電廠的硬件設(shè)備雖然能夠監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，但是對(duì)于發(fā)生故障的元件，不能自動(dòng)排除故障，缺乏故障診斷能力。這是由于遠(yuǎn)程監(jiān)控的硬件系統(tǒng)是由不同的元件構(gòu)成，每個(gè)元件之間是相互獨(dú)立的，因此當(dāng)發(fā)生問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法控制總體。這個(gè)缺陷直接影響電廠電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，不利于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防。

2.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸興起一種新的監(jiān)控方式——總線監(jiān)控。采用這種總線監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信線連接，可以節(jié)省火量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立，裝置之間僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。兇此現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是今后火力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2.2 電廠電氣自動(dòng)化監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1 間隔層終端測(cè)控保護(hù)單元

分層分布式系統(tǒng)以間隔層一次設(shè)備為單位，現(xiàn)場(chǎng)配置測(cè)控保護(hù)單元。該單元對(duì)其可靠性、靈敏性、速動(dòng)性和選擇性都有很高的要求，是保障廠用電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行最重要、最有效的技術(shù)手段，應(yīng)該用專(zhuān)有保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)

ESC 系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境是高電壓、大電廠的惡略環(huán)境，電磁干擾大。通信網(wǎng)絡(luò)是 ESC系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響到自動(dòng)化系統(tǒng)的功能。目前大多數(shù)電廠采用的用電纜現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)方式和光纖通信。

2.2.3 監(jiān)控主站

監(jiān)控主站是實(shí)現(xiàn)廠用電器設(shè)備監(jiān)控和管理的主要設(shè)備，安置在站級(jí)監(jiān)控層，根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)組的容量和運(yùn)行管理要求設(shè)計(jì)主站配置的設(shè)備和規(guī)模，可配置成單機(jī)、雙機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備主要有有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用和Web服務(wù)器、操作員站、工程師站，以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS和打印機(jī)。

3、需要注意的問(wèn)題

3.1 設(shè)備問(wèn)題

系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量直接關(guān)系著系統(tǒng)功能的發(fā)揮，其影響是極其巨大的。在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，必須結(jié)合電廠的實(shí)際需求，選擇符合國(guó)家安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，切實(shí)保證設(shè)備的質(zhì)量可以滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的使用要求。例如，電廠監(jiān)控系統(tǒng)的電源分為直流電源和交流電源兩種，需要根據(jù)電廠的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，避免出現(xiàn)電源不匹配或質(zhì)量不合格等現(xiàn)象。

3.2 操作問(wèn)題

員工在進(jìn)行系統(tǒng)和設(shè)備的操作時(shí)，必須做到認(rèn)真細(xì)心，把握每一項(xiàng)程序，減少操作失誤的發(fā)生幾率。同時(shí)，電力企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)于員工專(zhuān)業(yè)技能的培訓(xùn)，確保員工嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的操作規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，推動(dòng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 故障處理問(wèn)題

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于故障的處理往往都是采用錄播的方式，并向工作人員發(fā)出警報(bào)信息，提醒工作人員進(jìn)行處理。這種故障處理方式的缺陷在于無(wú)法對(duì)故障發(fā)生的過(guò)程進(jìn)行全面收集，使得工作人員需要耗費(fèi)一定的時(shí)間才能找出問(wèn)題的所在，無(wú)形中降低了故障處理的效率，影響企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的順利進(jìn)行。因此，需要相關(guān)技術(shù)人員努力，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的故障處理方式進(jìn)行改進(jìn)和完善。

4、電氣自動(dòng)化技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)

4.1智能化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展提供了基本的前提條件，使得電廠的自動(dòng)化設(shè)備逐漸走向智能化發(fā)展的方向。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，在電廠實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除了要對(duì)電廠設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督控制，還要承擔(dān)站控層之間的聯(lián)系、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)記錄存儲(chǔ)和防控錯(cuò)誤操作等任務(wù)。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控功能既要實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)監(jiān)控，也要實(shí)現(xiàn)對(duì)外監(jiān)控。對(duì)內(nèi)監(jiān)控指的是對(duì)間隔層實(shí)施監(jiān)管，主要負(fù)責(zé)總結(jié)反饋故障和意外處理的信息。過(guò)去，這個(gè)步驟需要由電廠派專(zhuān)人進(jìn)行抄表記錄，而智能化的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，完成對(duì)設(shè)備的判斷分析功能，大大減少了電廠工作人員的工作量，提高了工作效率。

4.2與網(wǎng)絡(luò)技長(zhǎng)聯(lián)系緊密化

工業(yè)化領(lǐng)域引入以太網(wǎng)，是工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢(shì)。以太網(wǎng)能夠用更快的速度，更大的容量，更低的成本完成信息傳輸，被各個(gè)領(lǐng)域普遍采用。電力部門(mén)和電廠多采用嵌入式以太網(wǎng)系統(tǒng)。現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使電廠能夠順利完成數(shù)據(jù)交換，保證電氣自動(dòng)化能夠順利進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為電廠進(jìn)設(shè)備監(jiān)控提供了基礎(chǔ)，以太網(wǎng)保證了監(jiān)控的有效性，保證了數(shù)據(jù)信息交換白勺實(shí)效性。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并在與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益聯(lián)系緊密的過(guò)程中減少了人工作時(shí)間和工作量，大大節(jié)約了成本。

4.3更多使用交換器控制

傳統(tǒng)的電廠設(shè)備系統(tǒng)不能滿足發(fā)展迅速的電子行業(yè)。要完成高速高效的數(shù)據(jù)集成任務(wù)，就要更多地使用交換器控制電路。這種交換器控制的方法可以解決過(guò)去電機(jī)設(shè)備受到震動(dòng)和雜音干擾的問(wèn)題，技術(shù)的不斷提高能夠減少噪音，減小對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備元件的干擾和損耗。諧振式直流逆變器改變了傳統(tǒng)的硬件開(kāi)關(guān)切換膜式，更加適應(yīng)電氣化設(shè)備的需要

4.4將測(cè)量、保護(hù)和控制合為一體

現(xiàn)階段，我國(guó)電力行業(yè)的主要是采用站內(nèi)采集測(cè)量，分開(kāi)進(jìn)行保護(hù)的原則。這種原則在功能上沒(méi)有太大區(qū)別，但是卻極大地降低了運(yùn)行效率，增加了運(yùn)營(yíng)成本。因此，希望在未來(lái)的工作中，以運(yùn)行成本為出發(fā)點(diǎn)，采用測(cè)量、保護(hù)和控制合為一體的工作方式，從而更好地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化。

5、結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化設(shè)備具備高速高效的特點(diǎn)，能夠節(jié)約成本，減少電廠工作人員的工作量，因此在電廠和各大電力企業(yè)中得到了普遍使用。電氣自動(dòng)化設(shè)備利用發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，充分提高電廠機(jī)電設(shè)備的使用效率，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。同時(shí)，使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中始終保持成本優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)了電力企業(yè)和電廠的全面發(fā)展。